CN211397586U

CN211397586U - 一种装配式仰拱结构

Info

Publication number: CN211397586U
Application number: CN201922293135.2U
Authority: CN
Inventors: 万正; 张学民; 王树辉; 冉竣元; 李吉波; 冯涵; 安航; 刘浩然; 周贤舜; 朱胤灵; 王亚飞; 贺诚
Original assignee: Central South University; Guizhou Highway Engineering Group Co Ltd
Current assignee: Central South University; Guizhou Highway Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2029-12-19

Abstract

一种装配式仰拱结构，包括多个仰拱单元，所述仰拱单元包括中部单元和设置在中部单元两端的端部单元，所述中部单元由至少一块中间连接块首尾连接而成，所述端部单元为端部连接块，每块仰拱单元上设有预留注浆孔，所述中间连接块和端部连接块沿隧道环向排布，相邻中间连接块相对侧面以及端部连接块与中间连接块相对侧面上分别设有对应的锁舌和与锁舌相匹配的卡槽，仰拱单元在环向拼接后之间形成环向拼接缝，相邻每环拼接后的仰拱单元之间形成纵向拼接缝，所述环向拼接缝和纵向拼接缝内填充有自密实膨胀混凝土，本结构有利于隧道结构的稳定、同时能尽早恢复洞内交通、有利于隧道安全和快速施工、提高隧道施工效率、缩短工期。

Description

一种装配式仰拱结构

技术领域

本实用新型涉及一种装配式仰拱结构。

背景技术

山岭隧道通常采用矿山法施工，其支护体系包括初期支护和二次衬砌，其中二次衬砌包括底部仰拱结构和上部拱墙衬砌结构。仰拱是为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构，是隧道衬砌结构的主要组成部分之一。仰拱一方面能将隧道上部的地层压力和路面荷载通过隧道边墙结构有效的传递到地下，同时还能有效抵抗隧道下部地层传来的反力。仰拱与拱墙二衬封闭成环构成隧道衬砌整体，增加结构稳定性。

目前在矿山法隧道的施工中，仰拱通常采用模筑混凝土结构，需要在洞内完成绑扎钢筋、立模、浇筑混凝土等多道工序，施工速度慢。仰拱施工速度慢第一会影响上部仰拱回填的浇筑，使仰拱回填浇筑的时间往后延长；第二由于拱墙二衬需等仰拱回填浇筑完成后才能施工，施工速度慢会延长其施工完成时间，进而会影响隧道衬砌封闭成环的时间，对隧道稳定极为不利；第三在目前隧道施工中，会在仰拱施工地段搭设栈桥，栈桥的存在会使得洞内车辆通行困难，且由于栈桥较窄，车辆通行时危险系数较高，而仰拱现浇使得该步序时间变长，不利于洞内交通及施工安全。

仰拱现浇不仅会影响仰拱施工速度，同时其施工质量得不到保障。第一，很多施工单位在进行仰拱及仰拱回填施工时，为了减少施工时间，会选择仰拱和仰拱回填一次性浇筑，由于仰拱回填使用的混凝土等级一般比仰拱低，这样会导致仰拱达不到设计强度，另一方面仰拱和仰拱回填一次性浇筑不利于隧道稳定，发挥不出仰拱的作用，会使得仰拱回填顶部受拉，造成路面开裂以及底部隆起；第二，现浇仰拱的质量得不到保证，在后期地应力、车辆荷载，地下水等综合作用下，会导致仰拱开裂，破碎，使得隧道衬砌不能封闭成环，不利于隧道受力及稳定。

目前对于装配式仰拱的尝试主要有以下几种：1)全环预制，即将仰拱作为一个整体进行预制，该种结构形式整体性好，但重量大，对吊装机械要求高，同时对现场作业空间要求大，不利于在隧道内使用；(2)螺栓连接预制块，该种连接方式简单，易操作，但对混凝土的要求较高，一般山岭隧道衬砌所使用的C35，C40混凝土不能充分发挥螺栓的作用；(3)定位凹凸槽等连接方式，这类连接方式牢靠，安全，但是连接过程过于繁琐，且仰拱预制块连接处结构形式复杂，不利于模版的制作以及后期脱模等工序。故基于此，需寻找一种新型的装配式仰拱结构。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种有利于隧道结构的稳定、同时能尽早恢复洞内交通、有利于隧道安全和快速施工、提高隧道施工效率、缩短工期的装配式仰拱结构。

本实用新型的目的通过采用下述技术方案予以实现：

一种装配式仰拱结构，包括多个仰拱单元，所述仰拱单元包括中部单元和设置在中部单元两端的端部单元，所述中部单元由至少一块中间连接块首尾连接而成，所述端部单元为端部连接块，每块仰拱单元上设有预留注浆孔，所述中间连接块和端部连接块沿隧道环向排布，相邻中间连接块相对侧面以及端部连接块与中间连接块相对侧面上分别设有对应的锁舌和与锁舌相匹配的卡槽，仰拱单元在环向拼接后之间形成环向拼接缝，相邻每环拼接后的仰拱单元之间形成纵向拼接缝，所述环向拼接缝和纵向拼接缝内填充有自密实膨胀混凝土。

进一步的，每块仰拱单元上设有预留吊环。

进一步的，所述仰拱单元包括纵向尺寸和厚度相同的A块、B块和C块，A块和C块即为端部连接块，B块即为中间连接块，A块和C块的环向长度不同，A块和C块设置在B块的两侧，所述A块和C块面向B块的一侧设有凸出的锁舌，所述B块面向A块和C块的两侧设有与锁舌位置对应、大小相匹配的卡槽，所述锁舌和卡槽均设置在仰拱单元侧面的中部。

进一步的，所述仰拱单元的锁舌的厚度为仰拱单元厚度一半。

进一步的，所述锁舌的上平面与仰拱单元的上平面平齐，所述卡槽的深度与锁舌的厚度相匹配。

进一步的，所述锁舌和卡槽的环向长度为1m。

进一步的，所述锁舌和卡槽的纵向长度为仰拱单元长度的一半。

进一步的，所述锁舌和卡槽在仰拱单元上沿纵向布设多个。

由于采用上述结构，本结构具有如下优点：

1、本结构形式简单,现场安装快速，能实现隧道仰拱的快速施工，有利于隧道施工实现机械化，降低工人劳动强度以及减少隧道洞内施工人员数量，缩短隧道建造工期以及减少成本。

2、本结构结构形式简单,利于模板的制作及脱模等工序。

3、采用本结构在施工过程中通过缩短仰拱二衬的施工时间，进而有利于隧道衬砌尽早封闭成环，有利于隧道的稳定。

4、由于仰拱回填的施工时间得到缩短，有利于尽早恢复洞内交通，利于隧道的安全和快速施工，提高隧道的施工效率，缩短工期。

5、由于施工质量较高，有利于隧道底部结构的稳定，同时能减少后期运营出现开裂等病害的风险。

综上所述，本结构通过装配式仰拱结构，缩短仰拱二衬的施工时间，进而提前仰拱回填及拱墙二衬施作时间，达到隧道衬砌早封闭成环的效果，有利于隧道结构的稳定，同时能尽早的恢复洞内交通，有利于隧道的安全和快速施工，提高隧道的施工效率，缩短工期，针对现浇仰拱结构施工质量无法保证的缺点，本结构通过在预制厂预先施工装配式仰拱单元，提高仰拱施工质量以及在预制厂充分养护，保证其在洞内安装完成后立即具有较高的强度，利于隧道的稳定以及减少后期运营时出现开裂等病害的风险，针对装配式仰拱接头安全性低，结构形式复杂的缺点，本结构提供一种便于安装且连接可靠，安全的装配式仰拱结构。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型仰拱单元组合拼装平面图。

图3(a)为本实用新型仰拱单元A块的平面图。

图3(b)为本实用新型仰拱单元A块的剖面图。

图4(a)为本实用新型仰拱单元B块的平面图。

图4(b)为本实用新型仰拱单元B块的剖面图。

图5(a)为本实用新型仰拱单元C块的平面图。

图5(b)为本实用新型仰拱单元C块的剖面图。

图6(a)为本实用新型仰拱单元环向拼装的平面图。

图6(b)为本实用新型仰拱单元环向拼装的剖面图。

图中：1-拱墙初支；2-仰拱初支；3-拱墙二衬；4-仰拱二衬；5-仰拱单元；5.1-锁舌；5.2-卡槽；6-预留注浆孔；7-预留吊环；8.1-环向拼接缝；8.2-纵向拼接缝。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例，来详细说明一种装配式仰拱结构的具体实施方式。

如图1所示，隧道支护结构包括初期支护和二次衬砌，其中初期支护包括拱墙初支1和仰拱初支2，二次衬砌包括拱墙二衬3和仰拱二衬4。在本装置装配式仰拱结构改进的就是图1中仰拱二衬4，本结构采用装配式结构，每环仰拱二衬4由多个仰拱单元5拼装而成，仰拱单元5均为预制。每环仰拱二衬4的仰拱单元5的数量需根据隧道断面尺寸及吊装机械综合确定，当吊装机械允许时，仰拱单元5的数量可尽量减少，但为保证仰拱单元5之间错缝连接，其数量不应少于3块。在此处，建议双车道隧道每环仰拱二衬4采用3块仰拱单元，每增加一个车道，则增加一块仰拱单元5。仰拱单元5的环向尺寸根据具体的环向分块和吊装条件进行确定，为了使得装配后的仰拱受力均匀，仰拱单元5的拼装缝在环向需均匀分布；其纵向尺寸取决于现场的吊装机械，在吊装条件允许的条件下，仰拱单元5的纵向长度可尽量加长。为了对本实验新型进行介绍，在此处以双车道隧道(3块仰拱单元5)进行说明。

图2、图3(a)、图3(b)、图4(a)、图4(b)、图5(a)、图5(b)为仰拱单元5组合拼装平面图，如图所示，仰拱单元5包括纵向尺寸和厚度相同的A块、B块和C块，A块和C块的环向长度不同，A块和C块设置在B块的两侧，所述A块和C块面向B块的一侧设有凸出的锁舌5.1，所述B块面向A块和C块的两侧设有与锁舌5.1位置对应、大小相匹配的卡槽5.2。所述锁舌5.1和卡槽5.2均设置在仰拱单元侧面的中部，仰拱单元5的锁舌5.1的厚度为仰拱单元5厚度一半，作为本结构的一种实施方式，所述锁舌5.1的上平面与仰拱单元5的上平面平齐，所述卡槽5.2的深度与锁舌5.1的厚度相匹配，所述锁舌5.1内结构钢筋加密。本结构中锁舌5.1和卡槽5.2的环向长度为1m；锁舌5.1和卡槽5.2的纵向长度为仰拱单元5长度的一半，当仰拱单元5的纵向长度较长时，可以纵向设置多个锁舌5.1和与锁舌5.1配套的卡槽5.2。

每环仰拱单元5在环向拼接后形成环向拼接缝8.1，相邻每环仰拱单元5拼接后之间形成纵向拼接缝8.2，在拼装时，相邻每环仰拱单元5交错拼接，本实施例中，第一环仰拱单元5的拼装顺序从左到右依次为：A块，B块，C块，第二环仰拱单元5的拼装顺序从左到右依次为：C块，B块，A块，其中B块和C块的环向长度一致，A块的环向长度为B块、C块的一半(此长度不包括锁舌5.1的部分)，此两环构成一个循环，依此沿隧道纵向错缝拼装，这样会避免出现应力集中的现象，消除了仰拱受力薄弱区，有利于仰拱整体结构的稳定。

如图3(a)、图4(a)、图5(a)所示，仰拱单元5的每个预制块均在其中心预留注浆孔6，便于后期安装完成后进行补强注浆，从而填充仰拱二衬4与仰拱初支2之间的空隙。同时在每块仰拱单元5上预留有吊环7，便于后期机械进行吊装，吊环对称布置，在仰拱单元5钢筋绑扎时安装。预留注浆孔6和预留吊环7的数量需根据仰拱单元5的纵向长度的增长而适当增加，避免出现后期补强注浆不足或吊装失败，造成质量和安全事故。

图6(a)、图6(b)为仰拱预制单元环向拼装示意图。如图所示，为了使仰拱单元5就位准确及方便，首先安装B块，将B块安装完成后，以其为基准，将A块(或C块)吊装在设计位置，将其锁舌5.1对准B块卡槽5.2进行安装，为了能确保安装顺利，在预制B块时需使其卡槽5.2尺寸略大于锁舌部分5.1。为了满足防水要求，仰拱单元5在其底部均设置有止水带(图中未标出)。同时为了保证连接紧固，仰拱单元5在预制时需在其环向拼接缝8.1和纵向拼接缝8.2进行凿毛处理(图中未标出)，此工序增大了连接处的粗糙程度，增大了摩擦力，但在凿毛处理时需避开止水带附近，防止止水不严。

当仰拱单元5就位安装以后，在其环向拼接缝8.1和纵向拼接缝8.2处填充自密实膨胀混凝土，将仰拱单元5连接成一个整体仰拱二衬4。待仰拱单元5拼装完成，各拼接缝浇筑完成后，通过仰拱单元5预留注浆孔6进行后期补强注浆，以填充装配式仰拱二衬4与仰拱初支2之间的空隙。自密实膨胀混凝土及补强浆液均需具有较好的流动性，能确保将拼接缝及装配式仰拱二衬4和仰拱初支2之间的空隙填充密实。

具体施工步骤如下：

S1：开挖隧道仰拱，清除底部虚渣，施作仰拱初支，并进行初步找平；

S2：就位安装B块；

S3：就位安装A块和C块，安装时将A块和C块锁舌部分5.1插入B块的卡槽5.2中；

S4：填充仰拱单元的环向拼接缝8.1和纵向拼接缝8.2；

S5：安装完成后，通过预留注浆孔进行补强注浆，填充装配式仰拱同初支仰拱之间的空隙。

上述为本实用新型的优选实施方式，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式和细节上对本实用新型所作出的各种变化，都属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种装配式仰拱结构，其特征在于：包括多个仰拱单元，所述仰拱单元包括中部单元和设置在中部单元两端的端部单元，所述中部单元由至少一块中间连接块首尾连接而成，所述端部单元为端部连接块，每块仰拱单元上设有预留注浆孔，所述中间连接块和端部连接块沿隧道环向排布，相邻中间连接块相对侧面以及端部连接块与中间连接块相对侧面上分别设有对应的锁舌和与锁舌相匹配的卡槽，仰拱单元在环向拼接后之间形成环向拼接缝，相邻每环拼接后的仰拱单元之间形成纵向拼接缝，所述环向拼接缝和纵向拼接缝内填充有自密实膨胀混凝土。

2.根据权利要求1所述的装配式仰拱结构，其特征在于：每块仰拱单元上设有预留吊环。

3.根据权利要求1所述的装配式仰拱结构，其特征在于：所述仰拱单元的锁舌的厚度为仰拱单元厚度的一半。

4.根据权利要求1所述的装配式仰拱结构，其特征在于：所述锁舌的上平面与仰拱单元的上平面平齐，所述卡槽的深度与锁舌的厚度相匹配。

5.根据权利要求1所述的装配式仰拱结构，其特征在于：所述锁舌和卡槽的环向长度为1m。

6.根据权利要求1所述的装配式仰拱结构，其特征在于：所述锁舌和卡槽的纵向长度为仰拱单元长度的一半。

7.根据权利要求1所述的装配式仰拱结构，其特征在于：所述锁舌和卡槽在仰拱单元上沿纵向布设多个。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的装配式仰拱结构，其特征在于：所述仰拱单元包括纵向尺寸和厚度相同的A块、B块和C块，A块和C块的环向长度不同，A块和C块设置在B块的两侧，所述A块和C块面向B块的一侧设有凸出的锁舌，所述B块面向A块和C块的两侧设有与锁舌位置对应、大小相匹配的卡槽，所述锁舌和卡槽均设置在仰拱单元侧面的中部。